1.1 PLC的产生、分类和发展

国际电工委员会对可编程控制器的定义如下：“可编程控制器是一种数学运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充的原则设计。”

本节将介绍PLC的产生、分类和发展等内容。

1.PLC的产生

20世纪60年代末期，美国汽车制造工业竞争激烈，为了适应生产工艺不断更新的需求，1968年美国通用汽车公司（GM）公开招标，提出10项技术指标。

• 编程简单，可在现场修改程序；
• 维护方便，最好是插件式；
• 可靠性高于继电器控制柜；
• 体积小于继电器控制柜；
• 可将数据直接送入管理计算机；
• 在成本上可与继电器控制柜竞争；
• 输入可以是交流115V（注：美国电网电压为110V）；
• 输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀等；
• 在扩展时，原系统只需很小的变更；
• 用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。

1969年美国数字设备公司（DEC）根据上述要求研制出世界上第一台可编程控制器，并在GM公司首先成功使用。随后日本、德国相继引入，可编程控制器迅速发展起来。初期的可编程控制器主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算，所以称为可编程控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。后来随着电子技术和计算机技术的迅速发展，可编程控制器不仅能实现继电器控制所特有的逻辑判断、计时、计数等顺序功能，同时还增加了数据传送、算术运算、对模拟量进行控制等功能，真正成为一种电子计算机工业控制装置，而且体积做到了超小型化。这种采用微计算机技术的工业控制装置的功能远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，故称为可编程控制器，简称PC（Programmable Controller）。但由于个人计算机（Personal Computer）也简称PC，为避免混淆，所以世界各国都习惯将可编程控制器统称为PLC。

2.PLC的分类

PLC产品的种类繁多，型号规格不统一，其类型通常按以下三种形式划分。

1）按结构形式分类 PLC按结构形式的不同分为整体式和模块式两种。

（1）整体式：把PLC的各组成部分安装在一块或少数几块印制电路板上，并连同电源一起装在机壳内形成一个单一的整体，称为主机或基本单元。其特点是简单紧凑、体积较小、价格较低。

通常小型或超小型PLC采用这种结构。整体式PLC的主机可通过扁平电缆与I/O扩展单元、智能单元（如A/D、D/A单元）等相连接。

（2）模块式：把PLC的各基本组成部分做成独立的模块，如CPU模块（包含存储器）、输入模块、输出模块、电源模块等，然后以搭积木的方式将它们组装在一个具有标准尺寸并带有若干个插槽的机架内。通常中型或大型PLC采用这种结构。用户可根据需要灵活方便地将I/O扩展单元、A/D和D/A单元、各种智能单元、特殊功能单元、链接单元等模块插入机架底板的插槽中，以组合成不同功能的控制系统。这种结构的特点是，对现场的应变能力强，而且系统各部件的插拔形式十分便于维修。

2）按I/O点数和存储容量分类 PLC按I/O点数和存储容量可大致分为超小型机、小型机、中型机、大型机4类。

（1）超小型机：I/O点数在64以内，存储容量为256～1000B。

（2）小型机：I/O点数在64～256之间，存储容量为1～3.6KB。

（3）中型机：I/O点数在256～2048之间，存储容量为3.6～13KB。

（4）大型机：I/O点数在2048以上，存储容量为13KB以上。

3）按功能分类 PLC按所具有功能的不同，分为高、中、低三档。

（1）低档机：低档机具有逻辑运算、定时、计数、移位及自诊断、监控等基本功能，有些还有少量的模拟量I/O（即A/D、D/A转换）、算术运算、数据传送、远程I/O和通信等功能。一般应用于开关量控制、定时/计数控制、顺序控制及少量模拟量控制等场合。

（2）中档机：中档机除具有低档机的功能外，还有较强的模拟量I/O、算术运算、数据传送与比较、数制转换、子程序、远程I/O及通信联网等功能，有些还设有中断控制、PID控制等功能。一般应用于既有开关量又有模拟量的较为复杂的控制系统，如过程控制、位置控制等。

（3）高档机：高档机除具有一般中档机的功能外，还具有较强的数据处理、模拟调节、特殊功能函数运算、监视、记录、打印等功能，以及更强的通信联网、中断控制、智能控制、过程控制等功能。一般可用于更大规模的过程控制，构成分布式控制系统，形成整个工厂自动化网络。

3.PLC的发展

虽然PLC的应用时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模和超大规模集成电路技术的迅速发展与数据通信技术的不断进步，PLC也发展迅速，其发展过程大致可分为三个阶段。

1）第一代PLC（20世纪60年代末70年代中期） 早期的PLC作为继电器控制系统的替代物，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制和定时控制等任务。PLC的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，在软件上吸取了广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的特点，形成了特有的编程语言——梯形图（Ladder Diagram），并一直沿用至今。

2）第二代PLC（20世纪70年代中期80年代后期） 20世纪70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。各个PLC厂商先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元（Central Processing Unit，CPU），使PLC的功能大大增强。在软件方面，除了原有功能外，还增加了算术运算、数据传送和处理、通信、自诊断等功能。在硬件方面，除了原有的开关量I/O（Input/Output）以外，还增加了模拟量I/O、远程I/O和各种特殊功能模块，如高速计数模块、PID模块、定位控制模块和通信模块等，同时扩大了存储器的容量和各类继电器的数量，并提供一定数量的数据寄存器，进一步增强了PLC的功能。

3）第三代PLC（20世纪80年代后期至今） 20世纪80年代后期，随着超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的价格大幅度下降，各种PLC采用的微处理器的性能普遍提高。为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂家还开发了专用芯片，PLC的软、硬件功能发生了巨大变化，体积更小，成本更低，I/O模块更丰富，处理速度更快，指令功能更强，即使是小型PLC，其功能也大大增强，在有些方面甚至超过了早期大型PLC的功能。